FR2969732A1

FR2969732A1 - Systeme comprenant une soupape et un actionneur electromagnetique de deplacement de cette soupape

Info

Publication number: FR2969732A1
Application number: FR1061095A
Authority: FR
Inventors: Francois Machet; Nicolas Gelez; Julien Hobraiche
Original assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Current assignee: Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-29
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: FR2969732B1; WO2012085485A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un système (21) comprenant un actionneur électromagnétique et une soupape (24), cet actionneur comportant un corps fixe (22) renfermant une armature mobile (23), une butée hydraulique (33) par laquelle la soupape (24) est accouplée à l'armature (23), des moyens de rappel (34, 36) tendant à ramener l'ensemble formé par l'armature (23) avec la soupape (24) et la butée hydraulique (33) dans une position d'équilibre mécanique, et dans laquelle la butée hydraulique (33) subit un écrasement maximal, ce système comprenant un électroaimant (28) pour déplacer une palette (26) de l'armature (23). Selon l'invention, on respecte une cotation et des tolérances dimensionnelles de fabrication et de montage des composants assurant qu'à l'équilibre la distance (d) séparant la palette (26) de l électroaimant (28) est suffisamment faible pour permettre une fermeture de la soupape (24) en un unique déplacement résultant de l'injection dans l électroaimant (28) d'un courant d'intensité inférieure à une valeur maximale admissible.

Description

L'invention concerne un système incluant une soupape et un actionneur électromagnétique déplaçant cette soupape, pour former un ensemble destiné à équiper un moteur thermique.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION Une telle soupape et son actionneur électromagnétique sont destinés à équiper une culasse de moteur thermique au niveau de son échappement, ou éventuellement son admission, l'actionneur étant piloté pour déplacer la soupape entre une position ouverte et une position fermée.

Dans lorsqu'elle l'intérieur l'extérieur, lorsqu'elle l'extérieur. le cas d'une soupape d'échappement, est ouverte, elle met en communication du cylindre du moteur qu'elle équipe avec pour évacuer les gaz de combustion, et est fermée, le cylindre est isolé de Dans le cas d'une soupape d'admission, lorsqu'elle est ouverte, elle autorise l'admission de gaz dans la chambre de combustion, et lorsqu'elle est fermée 20 elle isole le cylindre de l'extérieur. Un tel ensemble qui est représenté en figure 1 de façon partielle et schématique, en y étant repéré par 1, comprend un corps fixe 2 renfermant une armature 3 apte à déplacer la soupape 4. 25 L'armature 3 comprend essentiellement une palette 6 prolongée par une tige, et elle est montée coulissante dans le corps fixe 2 qui comprend une butée supérieure 8 incluant un électroaimant pour repousser et attirer la palette 6 afin de déplacer l'armature 3 entre les positions 30 d'ouverture et de fermeture. La soupape 4 comprend une tête de soupape 9 en appui sur un siège de soupape 11 lorsqu'elle est fermée comme dans la figure 1, cette tête étant prolongée par une queue de soupape 12. La queue de soupape 9 et la tige 7 de 35 l'armature 3 présentent chacune une extrémité libre en vis- à-vis l'une de l'autre et réunies par une butée hydraulique 13. Cette butée hydraulique comprend un piston solidaire de la tige 7 et coulissant dans un cylindre solidaire de la queue de soupape 12, pour délimiter une cavité interne à volume variable qui est alimentée en huile par des canaux non représentés. En fonctionnement, la butée hydraulique 13 subit les efforts appliqués par l'armature 3 et par la soupape 4, ce qui se traduit par une variation de la longueur de l'ensemble formé par l'armature et la soupape. Le système comprend encore un ressort 14 de rappel de l'armature 3, et un ressort 16 de rappel de la soupape, hélicoïdaux, et entourant respectivement la tige 7 et la queue de soupape 12. Le ressort 14 est interposé entre une butée d'extrémité 17 de la tige 7 et une partie fixe, pour tendre continûment à ramener l'armature 3 en position de fermeture. Le ressort 16 est quant à lui interposé entre une butée d'extrémité 18 de la queue de soupape 12 et une autre partie fixe pour tendre continûment à ramener la soupape en position fermée. Lorsque le système est à l'équilibre mécanique, la butée hydraulique est complètement écrasée, de sorte que l'ensemble formé par la soupape et l'armature a alors une longueur qui est minimale. Lorsque la soupape est fermée, elle est en appui contre son siège, et la palette est en appui contre la butée supérieure, la butée ayant alors une longueur maximale. Le cycle d'ouverture est provoqué par l'électroaimant activé pour d'abord écarter la palette de la butée supérieure puis pour l'attirer à nouveau vers cette butée. Comme les ressorts de rappel tendent continuellement à écraser la butée dès que le système n'est plus dans son état fermé, la longueur de cette butée est plus faible en fin de cycle d'ouverture qu'au début de ce cycle où elle a une longueur maximale. Ainsi, le choc de la tête de soupape arrivant sur son siège a lieu avant que la palette n'arrive contre la butée supérieure. La butée hydraulique s'allonge alors jusqu'à ce que la palette vienne en appui sur la butée supérieure, la butée hydraulique ayant alors à nouveau une longueur maximale. Dans un tel contexte, si l'alimentation électrique de l'électroaimant est interrompue brutalement lorsque le moteur est en service, le système s'immobilise rapidement dans une position d'équilibre mécanique, dite position milieu, qui est située entre la position ouverte et la position fermée.

Lors du retour de l'alimentation électrique, il est nécessaire de fermer rapidement la soupape pour remettre le moteur dans son cycle de fonctionnement normal. Dans cette situation, il est nécessaire d'exciter le système mécanique avec l'électroaimant, pour provoquer le retour de la palette en appui sur l'électroaimant. L'intensité du courant admissible par l'électroaimant étant limitée à une valeur maximale de fonctionnement, la force d'attraction exercée par l'aimant sur la palette est elle-même limitée.

Il s'ensuit que dans certaines situations, lorsque le système est à sa position d'équilibre, son retour à l'état fermé n'est possible qu'en le stimulant via l'électroaimant comme un système mécanique résonnant, pour qu'il puisse atteindre la position de fermeture, uniquement après plusieurs oscillations. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer une solution permettant de fermer la soupape de façon directe dans toute situation.

RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un système comprenant un actionneur électromagnétique et une soupape déplacée par cet actionneur, cet actionneur comportant un corps fixe renfermant une armature mobile, une butée hydraulique par laquelle la soupape est accouplée à l'armature, des moyens de rappel tendant continument à ramener l'ensemble formé par l'armature avec la soupape et la butée hydraulique dans une position d'équilibre située entre une position d'ouverture et une position de fermeture et dans laquelle la butée hydraulique subit un écrasement maximal, ce système comprenant un électroaimant pour agir magnétiquement sur la palette pour déplacer la soupape, caractérisé en ce que ce procédé respecte une cotation et des tolérances dimensionnelles de fabrication et de montage des composants du système assurant qu'à l'équilibre la distance séparant la palette de l'électroaimant est suffisamment faible pour permettre une fermeture de la soupape en un unique déplacement résultant de l'injection dans l'électroaimant d'un courant électrique d'intensité inférieure ou égale à une valeur maximale admissible de fonctionnement. L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la valeur maximale de 25 courant admissible est de 100 ampères. L'invention a également pour objet un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la butée hydraulique est dimensionnée pour s'écraser complètement au cours de chaque cycle de fonctionnement, entre l'instant où la soupape est 30 ouverte et l'instant où la soupape est fermée. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue schématique d'un système connu de l'État de la technique ; La figure 2 est une vue schématique du système de 35 la figure 1 en position d'équilibre statique ; La figure 3 est une vue schématique montrant le système selon l'invention ; La figure 4 est une vue en coupe de la butée du système selon l'invention lorsqu'elle a une longueur maximale ; La figure 5 est une vue en coupe montrant la butée du système selon l'invention lorsqu'elle est complètement écrasée. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En cas de coupure brutale de l'alimentation de l'électroaimant, l'ensemble formé par l'armature et la soupape se place dans une position d'équilibre statique, sensiblement médiane, représentée en figure 2. Lorsque le système occupe la position d'équilibre pendant un temps trop long, la butée hydraulique se vide alors pour atteindre son écrasement maximal, ce qui se traduit par le fait que la palette est espacée de l'électroaimant d'une distance notée D dans la figure 2 qui est trop importante pour permettre à l'électroaimant de ramener la palette contre lui en un unique mouvement. L'invention est basée sur le constat selon lequel la distance critique D est trop importante du fait que la butée hydraulique compense non seulement les variations dimensionnelles dues aux variations thermiques subies par le système, mais également les tolérances de fabrication et de montage des composants constituant le système. Selon l'invention, les tolérances de fabrication et de montage des composants du système sont diminuées, de sorte que la butée hydraulique a une course réduite dont la fonction est de compenser principalement les variations dimensionnelles du systèmes dues aux variations de températures de fonctionnement. Autrement dit, la valeur d'écrasement maximal de la butée est diminuée de manière à réduire la distance séparant la palette de la butée supérieure à l'équilibre.

Dans ces conditions, le système peut être dimensionné pour assurer qu'en toutes circonstances, lorsqu'il est à l'équilibre, la distance séparant la palette de l'électroaimant est suffisamment courte pour permettre un retour de la palette contre l'électroaimant en un seul mouvement lorsque cet électroaimant est traversé par un courant ayant une intensité maximale admissible. Le système selon l'invention, qui est représenté schématiquement en figure 3 en y étant repéré par 21 comporte, comme dans le système connu, un corps 22 renfermant une armature 23 et une soupape 24. L'armature 23 est formée par une palette 26 et une tige 27, la palette 26 étant située au voisinage d'une butée supérieure 28 incluant un électroaimant. La soupape 24 comprend une tête 29 apte à venir en appui sur un siège 31, et cette tête est prolongée par une tige ou queue de soupape 32. La queue de soupape 32 et la tige 27 sont réunies par une butée hydraulique repérée par 33. Ce système comprend encore un ressort 34 de rappel de l'armature interposé entre le corps et collerette 37 portée par l'extrémité de la tige 27, et un autre ressort 36 de rappel de la soupape qui est interposé entre le corps et une collerette 38 portée par l'extrémité de la queue de soupape.

Les tolérances de fabrication et de montage des composants du système selon l'invention sont diminuées par rapport à celles des systèmes antérieurs, et la course de la butée hydraulique est réduite en conséquence, celle-ci n'ayant plus à compenser les dispersions de fabrication et de montage du système, mais au contraire principalement les variations dimensionnelles dues aux variations des températures de fonctionnement. Cette butée hydraulique, qui est repérée par 33 a une course qui est limitée. Ainsi, et comme illustré en figure 3, en situation d'équilibre statique, l'écrasement de la butée hydraulique 33 est limité, de sorte que la distance d séparant la palette 26 de la butée 28 est diminuée. Dans ces conditions, en cas de perte du système en position milieu, par exemple après une coupure brutale d'alimentation de l'électroaimant, grâce à la réduction de la distance d, le système peut être piloté pour fermer la soupape en un seul mouvement. La butée hydraulique 33 du système selon l'invention, qui est représentée seule en figure 4 comprend une chemise 39 rigidement solidarisée à l'extrémité libre de la queue de soupape 32, et un piston 41 engagé dans cette chemise et rigidement solidarisé à l'extrémité libre de la tige 27. Le piston est mobile dans la chemise en translation selon un axe AX coïncidant avec l'axe de la queue de soupape 32 et de la tige 27 qui sont alignées. La chemise et le piston délimitent un espace interne 43, qui est alimenté en huile pressurisée par une canalisation non visible dans les figures. Lorsque la butée est soumise à des efforts tendant à l'écraser, l'huile de son espace interne 43 est évacuée en passant entre la paroi cylindrique du piston 41 et la paroi cylindrique du cylindre 39. Selon l'invention, l'écart de diamètre entre le piston et le cylindre est augmenté par rapport aux butées connues, de manière à favoriser une évacuation plus rapide de l'huile lorsque la butée est sollicitée en écrasement. Plus particulièrement, cet écart est augmenté à une valeur assurant que la butée se vide à peu près complètement durant la période où la soupape n'est plus fermée pendant chaque cycle de fonctionnement. Avec cette particularité, on assure que lorsque la soupape s'approche de son siège pour être fermée, la butée est à son écrasement maximal, de sorte que la position effective de la soupape correspond alors à la position effective de la palette durant cette phase de fermeture, ce qui contribue à piloter de manière fine le système lors de la fermeture. Dans ces conditions, la tête de soupape vient d'abord en appui contre son siège, après quoi, la butée s'allonge en admettant de l'huile dans la cavité 43, jusqu'à ce que la palette vienne en appui sur la butée supérieure comportant l'électroaimant. Lorsque le système est commandé pour s'ouvrir, la palette s'abaisse pour faire descendre la soupape. Dans cette situation, l'huile située dans l'espace interne 43 est comprimée significativement et s'évacue jusqu'à ce que le soupape atteigne son écrasement maximal, ce qui correspond à la situation de la figure 5. Comme indiqué plus haut, l'écrasement complet de la butée se produit dans un temps suffisamment court pour que celle-ci atteigne son écrasement maximal lors de la prochaine fermeture de soupape. Le piston 41 de cette butée 33, est monté de façon étanche en extrémité de la tige 27, et cette tige comporte un canal central d'alimentation hydraulique de la cavité 43, le piston étant lui-même pourvu d'une ouverture centrale 44 de passage d'huile. Le piston porte également un siège 46 dans lequel est montée une bille 47 plaquée contre cette ouverture par une pastille en matériau élastique 48 qui est interposée entre la bille et son siège. Un autre ressort 49 est monté dans la chambre 43 en ayant une extrémité en appui sur le fond de la chemise 39 et son autre extrémité en appui sur la tête du piston 41, pour faciliter l'entrée d'huile dans la chambre 43. Une couronne en tôle 51 est fixée à l'encolure supérieure de la chemise 39 pour constituer un arrêt supérieur assurant que le piston 41 ne peut pas se désolidariser de la chemise. Complémentairement, une couronne torique 52 formant entretoise est montée au fond de la chemise 39 pour constituer un arrêt inférieur limitant la valeur d'écrasement maximal de la butée hydraulique 33. Ainsi, la course C de la butée est limitée d'une part par la couronne 51, et d'autre part par l'arrêt inférieur 52. Cette course C est significativement inférieure à la course des butées hydrauliques connues qui sont utilisées dans un tel système. Cette diminution de course est rendue possible par la diminution des tolérances de fabrication et de montage des composants du système. Elle permet d'assurer que la distance d a une valeur suffisamment faible pour permettre un retour direct du système depuis sa position d'équilibre jusqu'à sa position de fermeture, en toutes circonstances, lorsqu'on injecte dans l'électroaimant un courant ayant une intensité inférieure à une valeur maximale admissible. Dans ce domaine, la valeur maximale de courant admissible dans l'électroaimant est conditionnée notamment par le dimensionnement de cet électroaimant, mais également par des composants électriques externes. En pratique, la valeur maximale admissible de courant correspond à l'intensité maximale pouvant être fournie par les moyens électriques à l'électroaimant, et elle s'élève à environ cent ampères.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un système (21) comprenant un actionneur électromagnétique et une soupape (24) déplacée par cet actionneur, cet actionneur comportant un corps fixe (22) renfermant une armature mobile (23), une butée hydraulique (33) par laquelle la soupape (24) est accouplée à l'armature (23), des moyens de rappel (34, 36) tendant continument à ramener l'ensemble formé par l'armature (23) avec la soupape (24) et la butée hydraulique (33) dans une position d'équilibre située entre une position d'ouverture et une position de fermeture et dans laquelle la butée hydraulique (33) subit un écrasement maximal, ce système comprenant un électroaimant (28) pour agir magnétiquement sur une palette (26) de l'armature (23) pour déplacer la soupape (24), caractérisé en ce que ce procédé respecte une cotation et des tolérances dimensionnelles de fabrication et de montage des composants du système assurant qu'à l'équilibre la distance (d) séparant la palette (26) de l'électroaimant (28) est suffisamment faible pour permettre une fermeture de la soupape (24) en un unique déplacement résultant de l'injection dans l'électroaimant (28) d'un courant électrique d'intensité inférieure ou égale à une valeur maximale admissible de fonctionnement.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur maximale de courant admissible est de 100 ampères.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la butée hydraulique (33) est dimensionnée pour s'écraser complètement au cours de chaque cycle de fonctionnement, entre l'instant où la soupape (24) est ouverte et l'instant où la soupape (24) est fermée.